FPGA电路中电源的设计

      近几年，FPGA产业迅速扩张，有越来越多的工程师从事着与FPGA相关的设计和研发工作。作为任何一款产品都不可或缺的电源，也面临来自FPGA应用的要求和挑战。一方面是需求的增多，另一方面的技术指标要求的不断提升，如何帮助工程师轻松完成FPGA产品的电源设计，让他们得以将更多的精力投入到核心部分的设计中，从而缩短设计周期，成了每个电源厂商要面对的问题。为此，笔者采访了来自优质电源产品供应商凌力尔特公司的DC/DCµModule产品市场经理AfshinOdabaee，来听一听他对面向FPGA应用的电源产品的理解和他提出的一些理想的解决方案。

FPGA的发展

      今天，FPGA呈现出高速发展的趋势。其中FPGA的硅工艺方面，在缩小设计几何尺寸方面业已取得了巨大的技术进步。这种工艺变革始于80nm至40nm的几何尺寸缩减，而如今，28nm器件很快即将推出。同时，在高端FPGA的应用方面，其强劲需求来自于高密度单板计算板、数据通信、工业以及某些非消费型便携式设备(例如：医疗成像和机器诊断)。较便宜的低端FPGA则常用于诸如相机等消费类产品。由于FPGA的功能不断增加并拥有“从设计至面市”时间较快的优势，因此许多功能强大的FPGA器件正在逐步取代应用ASIC的方法。

对电源产品的特殊要求

      FPGA产品设计中，电源是不可或缺的一部分。而应用于FPGA领域的电源包括静态电源、动态电源和收发器电源等多种，对不同的电源，要求也不同。

      其中，静态电源：较小几何尺寸的FPGA具有较高的静态漏电流。运用28nm工艺的高密度FPGA可能很受追捧，但其消耗电流仍然达到几个安培；

      动态电源：这时FPGA处于运行状态并吸收几十安培的电流。除了电流消耗较高之外，这些新型器件的内核电压已下降至1V或更低。在非常高的电流条件下调节如此低的电压是一项适合采用非常准确和可靠的DC/DC稳压器来完成的工作；

      收发器电源：新型FPGA用收发器的SERDES(串行器/解串器)接口具有6Gbps至12Gbps的速度范围。在进行此类高速数据传输时，功耗也将增加，因而需要具较高运作效率和较低发热量的DC/DC稳压器。


FPGA应用之外

      在谈到除FPGA应用之外的其他热点领域以及未来电源产品竞争的关键点，Afshin表示，凌力尔特感兴趣和擅长的领域是高端产品。高端产品制造商有一个愿望，也是他们所面临的巨大挑战，即：设计高密度PCB和系统、同时提升其系统的计算和数据传输能力。因此，在这些制造商相互竞争的过程中，有三个主要方面将是他们必需重点关注的：

1耗电量：其系统在满负荷使用时的耗电量是多少？换句话说：他们的客户将向电力公司支付多少钱？设计精良和高性能的电源设计方案可降低耗电量。

2散热成本：系统设计人员通过将热量从其系统中去除以冷却系统，这需要花费多少钱?花费将用于：使用具较多铜箔的较厚PCB、较大或转速较快的风扇、较多的金属(以传递热量)、系统内部各电路板之间的较长走线距离(用于提供冷却气流等)。

3可靠性：高温(这个术语表达的是一种相对的概念，它取决于具体的应用及场合)将会影响半导体IC或系统的可靠性。以较低的温度来运作一个系统可延长其可靠工作寿命，因此，对于高端数字系统来说，电源管理和DC/DC稳压器的选择正变得越来越重要